DE1960767B2 - Vakuumschalter-kontakt und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter mit KonUiktstücken aus einem elektrisch leitfähigen, poföscn, abbrandfcstcn Körper, dessen Poren mit einem metallischen Werkstoff hoher elektrischer Leitfähigkcit gefüllt sind, welcher mindestens für ein Kontaktstück mit einem Material legiert ist. das die Konlaklfläche versprödet.

Schaltkontakte für Vakuumschalter sollen einerseits eine hohe elektrische Leitfähigkeit haben und andererseits lichtbogenbeständig sein, um den Kontaklabbrand im Betrieb des Vakuumschalters niedrig zu halten. Die zweite Forderung, nämlich die nach einem geringen Kontaktabbrand, ist von ganz besonderer Bedeutung bei Vakuumschaltern für große Schaltzahlen, weil man nach Möglichkeit vermeiden will, den Konlakthub während der Lebensdauer eines Vakuumschalter nachstellen zu müssen.

Um lichtbogenbcsUindige Kontaktstücke großer mechanischer Festigkeit zu erzielen, ist es bekannt. die Kontaktstücke eines Vakuumschalter aus einem porösen, feuerfesten Körper herzustellen, der mit einer geeigneten Metallegierung gefüllt ist (man vergleiche beispielsweise die deutsche Patentschrift 1 081 950, insbesondere Patentanspruch 6 mit zugehöriger Beschreibung). Der feuerfeste Körper besteht dabei aus Wolfram oder Molybdän und ist durch Sinterung von Wolfram- oder Molybdänpulver hergestellt. Wenn man einen solchen porösen Kontaktkörper lediglich mit einem Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere Kupfer, tränkt, besteh' gewöhnlich eine Neigung zum Verschweißen der Kontakte. Um ein Verschweißen der Kontakte abzuschwächen, ist es auch bereits bekannt, den Werkstoff hoher Leitfähigkeit mindestens eines Kontpktytückes mit einem Material zu legieren, das eine gewisse Sprödigtceit in die Kontaktfläche bringt. Eine entsprechende Sprödigkeit erhält man beispielsweise, wenn man dem Kupfer, mit dem ein poröser Wolframkörper getränkt ist, Wismut bis zu 1 Gewichtsprozent oder mehr zusetzt.

Vakuumschalterkontakte müssen im Vakuumschalter, auch wenn sie in der geschilderten Weise ausgebildet sind und dementsprechend sehi gute Schalteigenschaften haben, an Zuleitungen befestigt werden, von denen wenigstens eine beweglich ist. Zu diesem Zweck werden gewöhnlich die Kontaktstücke auf stabförmige Zuleitungen aufgelötet. Das Material, das die Schweißkräfte auf der Koniaktfläche herabsetzt, versprödet jedoch auch das Lot und setzt dadurch die Haftfestigkeit der Lötung unzulässig stark herab. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, wird bei einem Vakuumschalter der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß zumindest das Kontaktstück, dessen Kontaktfläche versprödet ist, einen Hinterguß aus einem gut lötfähigen Metall hat, der frei von dem die Kontaktfläche versprödenden Material ist.

Bei einem erfindungsgemäßen Vakuumschalter besteht der Hinterguß der Konlakt.L.cke sorzugswci.,c aus dem gleichen Metall wie der in den Poren des abbrandfesten Körpers vorhandene metallische Werkstoff hoher elektrischer Leitfähigkeit, wobei dieses Metall im Hinterguß in Form möglichst weniger Einkristalle vorliegt. Damit ist gewährleistet, daß das die Kontaktfläche versprödendc Material nicht in den Hinterguß eindiffundiert, dessen Lötfestigkeit also mit Sicherheit erhalten bleibt.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der Irfindung ist der Werkstoff hoher elektrischer Leitfähigkeit Kupfer und das die Sprödigkeit herbeiführende Material Wismut. Die Kontaktstückc werden dabei mit Vorteil so hergestellt, daß der poröse, ahbrandfcste Korper in einer Graphitform, die eine Aussparung /ur Bildung des Hintergusses enthält, mit der Kupfcr-Wismut-L.cgicrung getränkt und durch langsame Temperaturerniedrigung des Bodens der Form ein Aufwachsen eines Kupfcr-t inkrislalls auf der Rückseite der Kontaktstücke herbeigeführt wird, ohne daß sich Wismut im Hinterguß ausscheiden kann.

An Hand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend näher erläutert werden. Dabei zeigt

Fig.l einen Längsschnitt eines vereinfacht dargestellten Vakuumschalters,

F i g. 2 ein Kontaktstück eines crfindungsgemäßen Vakuumschalters und

Fig. 3 das Kontaktstück der Fig. 2 bei seiner Herstellung.

In Fig. I ist mit 1 ein zylindrischer Isolierkörper

(Jt

!«zeichnet, der zusammen mit zwei metallischen pndplatteni und 3 ein vakuumdicht*» Gehäuse bildet. In diesem vakuumdichten Gehäuse sind einander gegenüberstehend zwei Kontaktstücke 4 angeordnet, von denen eines an einem feststehenden Leiter 5 und das zweite an einem beweglichen Leiter 6 angelötet ist. Ein Metallbalg 7 dichtet den Vakuumschalter dort ab, wo der Leiter 6 beweglich durch das vakuumdichte Gehäuse des Vakuumschalters hindurchgeführt ist. \o

In Fig. 2 ist vergrößert ein Kontaktstück4 eines Vakuumschalter* nach F i g. 1 auf einem zugehörigen Leiter, beispielsweise dem beweglichen Leiter 6 der Fig. 1, dargestellt. Das Kontaktstück4 besteht aus einem elektrisch leitfähigen, porösen, abbrandfesten Körper 8, dessen Poren mit einer gut leitfähigen, eine gewisse Sprödigkeit aufweisenden Metalllegierung gefüllt sein sollen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der abbrandfeste Körper ein Wolfram-Sinterkörper mit einem Porenvolumen von etwa 50 °/o. Dieser Sinterkörper ist mit Kupfer getränkt, dem zum Zweck der Versprödung Wismut bis zu 1 Gewichtsprozent des Kupferanteils zugesetzt ist. Dieser Wolfram-Kupfer-Wismut-Verbundkörper ist erfindungsgemäß mit einem Hinterguß 9 aus Kupfer versehen, der frei von Wismut ist. Auf diese Weise kann das Kontaktstück 4 mit dem Leiter 6 verlötet werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß das Wismut die Haftfestigkeit der Lötschicht 10 durch Versprödung herabsetzt.

Das Kontaktstück 4 mit dem Hinterguß 9 der F i g. 2 kann mit Vorteil in folgender Weise herge-

980 stellt werden: Der poröse Wolfram-Sinier-Körper 8 wird in einer Graphitform U mit der Kupfer-Wisrr.ut-Legierung unter Vakuum getränkt. Dabei wird durch sehr langsame Temperaturerniedrigung in Richtung des Pfeiles 12 bewirkt, daß sich in einer dem Hinterguß 9 entsprechenden Aussparung der Graphitform U einzelne Kupfereinkrislalle (im Idealfall ein einziger Kupfereinkristall) bilden, wäh.end Wismut im Hinterguß nicht ausgeschieden wird. Das Wnmut kann also die Lötfestigkeit des Konlaktstückes 4 durch eine Versprödung des Lotes nicht gefährden. Die Wismutverarmung im Hinterguß 9 ist dabei um so besser gewährleistet, je weniger Wismut entlane den Korngrenzen im Wolfram-Kupfer-Verbundkörper zum Hinterguß 9 hin diffundiert. Es empfiehlt sich deshalb, im Verbundkörper 8 geringe Korngrößen anzustreben

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. Insbesondere braucht das die Kontaktfläche ^rsprcdende Metall nicht Wismut zu sein. So kann m Stelle einer Kupfer-Wismut-Legierung auch eine andere Metallegierung hoher Sprödigkeit als Füllstoff für ien porösen abbrandfesten Körper dienen, der im übrigen auch nicht unbedingt aus Wolfram bestehen muß. Weiterhin kann e* genügen, wenn nur ein Kontaktstück des Vakuumschalters ein versprödendes Material enthüll (unsymmetrische Kontaktbestückung). Bei Verwendung beispielsweise von Wismut als versprödendes Material diffundiert unter dem Einfluß des Schaklichtbogens genügend viel Wismut in den Gegenkontakt, um die Schweißkräfte gering zu halten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

i 960 Palentansprüche:

1. Vakuumschalter mit Kontaktstücken aus einem elektrisch leitfähigen porösen abbrandfesten Körper, dessen Poren mit einem metallischen Werkstoff hoher elektrischer Leitfähigkeit gefüllt sind, welcher mindestens für ein Kontaktstück mit einem Material legiert ist, das die Kontaktfläche versprödet, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Kontaktstück (4), dessen Kontaktfläche versprödet ist, einen Hinterguß (9) aus einem gut lötfähigen Metall hat, der frei von dem die Kontaktfläche versprödenden Material isi.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hinterguß (9) aus dem gleichen Metall wie der in den Poren des abbrandfesten körpers vorhandene metallische Werkstoff hoher elektrischer Leitfähigkeit besteht, wobei dieses Metall im Hinlerguß (9) als einzelne Einkristalle, vorzugsweise als einziger Einkristall, vorliegt.

3. Vakuumschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abbrandfeste Körper aus Wolfram und der Hinterguß aus Kupfer-Einkristallen besteht, während das die Kontaktfläche versprödendf. Material Wismut ist.

4. Verfahren iur Herstellung eines VakuUmschalters nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse, abbrandfeste Körper (8) in einer liegelartigen, > irzugsweise aus Graphit bestehenden Form (11), welche eine Aussparung zur Bildung des Hintergusses (9) enthält, mit der Legierung aus dem versprödenden Material und dem Werkstoff hoher Leitfähigkeit getränkt wird, wobei durch langsame Abkühlung des Bodens der Form ein Aufwachsen der gewünschten Einkristalle aus dem Werkstoff hoher Leitfähigkeit er/ielt wird.